JP2008520870A - ロック・ドリルビット - Google Patents

Abstract

本発明は、衝撃式掘削に適応されるロックドリルビットに関する。このドリルビットは、ビット本体（２）と、長手方向の中心軸線（ＣＬ）を規定するヘッド部（３）とを具備する。ヘッド部（３）は、軸方向前方を向くロック破砕面（８）と、ロック破砕面（８）から軸方向後方に伸張するスカート（５）とを具備する。ロック破砕面（８）は、幾つかのロック破砕手段（４，６）を具備する。スカートの円周方向外側面は、その間にランド（１５）を形成していて且つ円周方向に間隔を開けて離れる溝（１１）を具備する。溝及びランドは実質的に軸方向に伸張する。ランド（１５）の軸方向後方部分は、案内面（１９，２０）を具備する。案内面（１９，２０）は、半径方向外側に面する。案内面は、少なくとも１つの段差（２２）又は傾斜面を具備して、階段状に又は連続的に直径寸法をそれぞれに減少する。案内面は、共に前記くびれ部（１５Ａ）の仮想延長線（２１）の半径方向外側に設置される第１の案内部（１９）と第２の案内部（２０）とを具備する。第１の案内部（１９）は、ドリルビットの中心軸線（ＣＬ）に対して、第２の案内部（２０）に比べて半径方向外側により遠く突き出る。

Description

本発明は、衝撃（パーカッション）式掘削（ドリリング）用ロック（岩石用）ドリルビット（掘削錐）に係り、特別には、独立請求項の前文に従うトップ（頂部）ハンマー掘削（ドリリング）に関する。

US-A-5,890,551により、ロックドリルビットは既知であり、そのロックドリルビットは、付属のドリルロッド（掘削棒）を有する。ロックドリルビットはその前面において、セメントで固定されたカーバイド（炭化物）ボタン（ボタン状部分）を具備しており、そのカーバイドボタンは、同時回転において、岩石に衝撃を与えることにより岩石に作用する。空洞が前面において形成され、流体流路が、洗浄（又は、噴流）流体を空洞に供給するために、ドリルビットを通り伸張する。空洞は、無端状（エンドレス）ランド（陸状部）により完全に縁どられる。ボタンにはランドに設置されるものもある。別のボタンは空洞内に設置されて、空洞内に形成される洗浄流体のクッション（緩衝部）により冷却され、洗い流される。US-A-4,598,779は、直線状の掘削井のための衝撃式の別のロックドリルビットを示す。US-B2-6,494,275は、衝撃式掘削のためのロックドリルビットを開示する。ロックドリルビットは、前部岩石破砕用ボタン及びスカートを備える、ビットヘッド（頭部）を具備する。そのビットヘッドは、スカートの外側に形成されていて且つドリルビットの軸方向において伸張する、多数の溝を具備する。突起状ランドは、溝間に形成されており、それ（ランド）は、同様に軸方向に伸張する。ランドの軸方向の後側端部は、突き出た部分的に円筒状案内面を具備する。

［本発明の目的］
本発明は、本明細書の導入部分で規定されたような稼働寿命が延長されたロックドリルビットを提供することを目的とする。

本発明は、直線井を形成するためのロックドリルビットを提供することを別の目的とする。

本発明は、良好な岩石の除去を可能にするロックドリルビットを提供することを更に別の目的とする。

本発明の目的は、独立請求項の特徴部分に規定される形態を有するロックドリルビットにより実現される。

本発明に従うロックドリルビットの実施の形態は、添付した図面を参照して、以下で説明される。

図１Ａ〜１Ｄ及び２Ａ〜２Ｃに図解される衝撃（パーカッション）式ロックドリルビット１は、ヘッド部又はドリル（掘削）ヘッド（頭部）３と、シャンク（柄部）又はスカート５とを有する、ビット本体２を具備する。ドリルヘッド（ヘッド部）３及びスカート５は、お互いに堅固に一体化される。図示されないドリルロッド（棒部）は、ねじ付きカップリング（連結部）を介してロックドリルビット１に接続すると想定される。ドリルロッドにおいて、貫通する洗浄流（又は噴流）ダクト（管路）は、従来の方法で配置される。ロックドリルビット１の長手方向の中心軸線ＣＬは、図１Ｄ及び２Ｂに示される。ロックドリルビット１は、図示されないロッド（棒体）又はチューブ（管）等の細長い掘削（ドリル）要素の一方の端部における外側雄ねじを収容すると想定される、内側雌ねじ１６を具備する。

本発明によるロックドリルビット１のドリルヘッド３は、例えば、前部ボタン４及び周辺ボタン６等の、好適にはセメントで固定されたカーバイド（炭化物）ボタンの形態の岩石（ロック）除去部材を具備する。これとは別に、岩石除去部材は、チゼル（鑿）インサート（挿入体）により形成されても良い。少なくとも１つの冷却媒体流路７が、内側雌ねじ１６間に形成されるロックドリルビット１の内部空間と、ドリルヘッド３の前面又はロック（岩石）クッション（緩衝）面８との間で伸張する。前面８は、中心軸線ＣＬに実質的に垂直である面Ｐを形成する。該内部空間において、第１の停止面１７、所謂底部停止部は、ドリルロッドの自由端部のために配置されることが好ましい。多数のリトラック（戻り）エッジ（縁部）９が、ロックドリルビット１の後端部に配置されることが好ましい。

図１Ａ及び２Ａで最もよく分るように、ロックドリルビット１は、多数の実質的に直線の外側前部１０及びロックドリルビット１の軸方向に伸張する、切り屑用後溝１１を具備する。各前部溝１０は、関連する後溝１１に接続して、切り屑用溝を形成しており、その切り屑用後溝は、ドリルビット１の全体長さに沿って伸張する。各切り屑用前部溝１０は、中心軸線ＣＬに平行な線に対して対称的に配置される。前部溝１０は、ビット本体内の各対の周辺ボタン６間に具備される。８つの周辺ボタン６が、ドリルヘッド３に設置されるが、しかしこれとは別に、本発明に従う別のドリルビットにおいて、５から１０の任意の数のボタンが配置可能である。各周辺ボタン６は、中心軸線ＣＬに対して外側に傾斜して、ドリルビットの最大の直径を形成する。周辺ボタン６の直径は、前部ボタン４の直径に比べてより大きいことが好ましい。各周辺ボタン６は、ドリルビットの軸方向において面Ｐに対して少なくとも部分的に突き出る、鋼製部分又は凸部１２に配置される。各凸部は、本体２と一体化されており、概略前方向、即ち、ドリルビットの作動進行方向を向く。図示されない穴が、１つの周辺ボタン６を収容するために凸部に形成される。これとは別に、各凸部に配置される２つの周辺ボタンが設けられることが出来る。各凸部１２は、前面８又は別の前部溝１３により（図１Ｄにおいて破線で示されるように）、冠状部又は周辺ボタンの外側部において、他の隣接する凸部から間隔が開けられている（即ち、離れる）。外側部は、周辺ボタン６の数に等しい多数の円周方向で離れる凸部１２を具備しており、即ち、各凸部１２は、１つの周辺ボタンを支持する。各周辺ボタン６は、全ての前部ボタン４を越えて軸方向前方に突き出る。前部ボタン４の共通の平らな軸方向の最も前方のレベルは、囲んでいる周辺ボタン６の共通の平らな軸方向の最も前方のレベルに対して後方向に間隔を開けて離れる。これにより、より大きな案内モーメントが、前面８及び前部ボタン４の上の周辺ボタン６の冠状部を高くすることにより実現される。凸部１２は、前面８の一部１４又は半径方向の通路により、間隔が開けられて、それらの間で洗浄流媒体の邪魔されない流れを可能にする。

周辺ボタン６は、ドリルビット１の中心軸線ＣＬの周りで実質的に環状に配置される、少なくとも２つの前部ボタン４及び少なくとも２つの洗浄流路７に交差する、仮想円Ｃの半径方向外側でドリルヘッド３に設置される。前部ボタン１２は、周辺ボタン６の半径方向内側において前面８に設置される。流体流路７のオリフィス（絞り部）は、凸部１２の下で面Ｐに配置される。凸部１２は、ドリルビット１の中心軸線ＣＬの周りで実質的に環状に配置される、４つ又は少なくとも２つの前部ボタン４及び４つ又は少なくとも２つの洗浄流路７に交差する、仮想円Ｃの半径方向外側に設置される。前面８は、ビット本体２の周辺溝１０で終了する。流体流路７と交差する仮想円Ｃはまた、等しい数の前部ボタン４と交差する。通常５片から１０片である周辺ボタン６の主要部は、円Ｃの半径方向外側で前面８に設置される。別の前部溝は、各周辺溝１０と前面８との間に形成される。前部溝は、長手方向の中心軸線ＣＬに対して外側に傾斜していて且つ前面に対して後方向に傾斜する、斜面（ベベル）１３である。前面はこれとは別に、ＣＬに対して外側で後ろ側に実質的に傾斜する曲線に追随しても良い。

実際には、全てのボタンは、ダイアモンドで強化されていて且つセメントで固定されたカーバイド（炭化物）により形成されることが好ましい。ボタンの形状は、球状、円錐状、弾道状、半弾道状又はチゼル（鑿）状に形成可能である。

ドリルビットの後端部は、リトラック（戻り）歯９を具備しており、その歯９は、ドリルビットの最大直径に配置されており、ロックドリルビットの岩石（ロック）除去端部から一般的に離れて面する端部において、そこから半径方向内側に伸張する。ドリルビットの後端部の目的は、ドリルビット１の削井孔における案内が、ロックドリルビット１の端部に関連して設置される、部分により実施されることを確実にして、切り屑ほこりの除去に対する抵抗力を低減することである。切り屑のための溝１０，１１は、ロックドリルビット１の前部において生成された掘削ほこりを運び去ることが意図されている。スカートの周囲の外側面は、それらの間にランド１５を形成していて且つ円周方向で間隔を持って離れる、溝１１により形成される。ドリルビット１は、その中央部においてくびれ部１５Ａを有する。くびれ部１５Ａの寸法は、そこでドリルビットが案内される、後部１Ａの直径に比べてより小さい。くびれ部１５Ａは、溝１１を具備しても良く、あるいは例えば、円筒形状等の実質的に円滑であっても良い。溝及びランドは、実質的に軸方向に伸張する。少なくとも１つのランド１５の軸方向で後方部は、半径方向外側を向く、案内面を具備する。案内面は、第１の案内部１９と、第２の案内部２０とを具備しており、２つの案内部は、くびれ部１５Ａの仮想延長線２１の半径方向外側に設置される。第１の案内部１９は、ドリルビットの中心軸線ＣＬに対して、第２の案内部２０に比べて半径方向外側により遠く突き出る。各案内部１９，２０は、部分的に円筒形状である。第１の案内部１９は、第１の直径ＤＧ１により規定されており、第２の案内部２０は、第２の直径ＤＧ２により規定される。ヘッド（頭）部３の直径は、第１の案内部１９の第１の直径ＤＧ１に比べて、３〜６％、好適には約４％で、より大きい。案内部１９，２０の延長線は、周辺ボタン６と交差する。

案内部又は後部１Ａにおける案内直径は、従来技術のドリルビット（例えば、US-B2-6,494,275）において、より多く磨耗しており、即ち、該従来技術のドリルビットは、本発明によるドリルビットに比べて、公称の直径ＤＮ１と案内部の当初の第１の直径ＤＧ１との間でより大きな隙間を有している。本発明によるドリルビット１における案内部の、公称の直径ＤＮ１と、案内部の当初の第１の直径ＤＧ１との間の隙間は、２．５ｍｍより大きいことが好ましいが、４ｍｍより小さいことが好ましく、約３ｍｍであることがより好ましい。

本発明によるドリルビットの案内部１Ａの構成は、ボタン形状がより長い掘削時間期間の間維持されることを可能にしており、このことは、本発明によるドリルビットが、再研磨するのにより容易である理由及び寿命期間が増大すること及びそれがより直線的に掘削することを説明する。本発明によるドリルビットの好適な実施の形態に従うドリルビットにおいて、全ての８つのランドは、案内面になり、このことは、円として説明可能である。これは、削井の直線性、ツール寿命及び再研磨のための容易性に関して有利である。

案内部１９，２０は、ランド１５の半径方向外側に段差（又は、階段）状に形成される。各案内部は、２０〜３０ｍｍ長さである軸方向長さを有する。磨耗を最適にし、公称直径ＤＮ１，ＤＮ２（図２Ｂに示されるように）と直径ＤＧ１及びＤＧ２とのそれぞれの間の適正な隙間を本発明によるドリルビットの後部１Ａにおいて保持するために、案内部の数は、２つ以上であることが出来る。ＤＮ１は、ドリルビットヘッド部３において公称直径を示しており、それ（公称直径）は、周辺ボタン６の半径方向外側部分により規定される最大直径である。ＤＮ２は、ボタン６が再研磨された場合に、ドリルビットヘッド部の直径を示す。ＤＧ１は、記載されるように、ドリルビット後部１Ａにおける第１の直径を示しており、それ（第１の直径）は、第１の案内部１９の半径方向外側部分により規定される最大直径である。ＤＧ２は、記載されるように、ドリルビット後部１Ａにおける第２の直径を示しており、それ（第２の直径）は、第１の案内部２０の半径方向外側部分により規定される最大直径である。ランド１５により形成される直径は、ＤＧ１及びＤＧ２の両者に比べてより小さい。案内部１９と２０を繋ぐ段差２２は、ドリルビットの半径方向における高さにおいて２〜３ｍｍであり、調和のとれた磨耗を可能にする。この追加的「密着した」案内部は、その寿命においてより直線的な削井を掘削する、ドリルビットを提供する。これとは別に、段差２２の代わりに、好適に凸状又は円錐状の傾斜面が、形成可能で、第１の直径ＤＧ１からくびれ部１５Ａの直径までヘッド部３に向かって連続的に軸方向前方へ直径寸法を減少可能である。

ドリルヘッドは、機械加工又は圧延されて前面８と凸部１２とを形成することが好ましい。圧延テストにより、本発明によるドリルビットの前部を圧延するための時間が、従来のドリルビットに比べて約２０％減少可能であることが示された。

本発明によるドリルビットは、多数の利点を有する。ドリルビットは、再研磨するのに、より容易であり、寿命が向上し、それはより直線的に掘削する。別の利点は、階段状の構成が、硬質及び軟質岩石の両者に関してビットとして使用可能であるので、本発明によるドリルビットの階段状の構成は、ドリルビットの貯蔵量をより少なく出来ることである。

本発明によるドリルビットの好適な実施の形態において、前面８は、洗浄流体（空気及び／又は水）が、凸部１２間において流れることを妨害されないように、比較的開いている。これは、前面８の洗浄流が効率的であることを意味する。前部ボタンに比べてより遠くへ突き出る周辺ボタンを有することにより、案内ロックセンタ（中心）は、一層より直線的な削井が実現可能なように、掘削において展開（又は、作用）する。前面の相対的対称性により、前面８を左向き掘削及び右向き掘削の両方用のドリルビットに適させており、このような掘削（ドリル）は、トップハンマー（top hammer）掘削及びダウンザホール（down-the-hole：抗内）掘削のそれぞれにおいて実施される。更に、本発明によるドリルビットの前部の機械加工時間は、減少可能である。

本発明によるドリルビットは、従来技術のドリルビットに比べて、少なくとも以下の利点を提供しており、それは、ドリルビットの寿命を延ばすこと及びドリルビットが、より直線的削井を掘削することである。

図１Ａは、本発明によるロックドリルビットの立体的前面図である。 図１Ｂは、前記ロックドリルビットの前端面図である。 図１Ｃは、前記ロックドリルビットの前部の側面図である。 図１Ｄは、図１Ｂの線Ｄ−Ｄによる前記ロックドリルビットの断面図である。 図２Ａは、図１Ａに示されるロックドリルビットの側面図である。 図２Ｂは、図１Ｂの線Ｅ−Ｅによる前記ロックドリルビットの断面図である。 図２Ｃは、図１Ａに示されるロックドリルビットの後端面図である。

Claims (9)

1. 衝撃式掘削に適応されるロックドリルビットであって、このドリルビットは、
   ビット本体（２）と、長手方向の中心軸線（ＣＬ）を規定するヘッド部（３）と、を具備しており、
   前記ヘッド部（３）は、軸方向前方を向くロック破砕面（８）と、前記ロック破砕面（８）から軸方向後方に伸張するスカート（５）とを具備しており、
   前記ロック破砕面（８）は、幾つかのロック破砕手段（４，６）を具備しており、前記スカートの円周方向外側面は、その間にランド（１５）を形成していて且つ円周方向に間隔を開けて離れる、溝（１１）により形成されており、前記溝及び前記ランドは実質的に軸方向に伸張しており、ランド（１５）の軸方向後方部分は、案内面（１９，２０）を具備しており、前記案内面（１９，２０）は、半径方向外側に面しており、前記ドリルビット（１）はその中央部においてくびれ部（１５Ａ）を有しており、
   前記案内面は、少なくとも１つの段差（２２）又は傾斜面を具備して、階段状に又は連続的に直径寸法をそれぞれに減少すること、
   前記案内面は、共に前記くびれ部（１５Ａ）の仮想延長線（２１）の半径方向外側に設置される第１の案内部（１９）と第２の案内部（２０）とを具備すること、及び
   前記第１の案内部（１９）は、前記ドリルビットの前記中心軸線（ＣＬ）に対して、前記第２の案内部（２０）に比べて半径方向外側により遠く突き出ること、
   を特徴とするドリルビット。
2. 各案内部（１９，２０）は、部分的円筒形状であり、
   前記第１の案内部（１９）は、第１の直径（ＤＧ１）により規定されており、
   前記第２の案内部（２０）は、第２の直径（ＤＧ２）により規定されることを特徴とする請求項１に記載のドリルビット。
3. 前記ドリルビットの公称直径（ＤＮ１）は、前記第１の案内部分（１９）の第１の直径（ＤＧ１）に比べて、３から６％、好適には約４％で、より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のドリルビット。
4. 前記ランドの少なくとも幾つかの軸方向後部（１Ａ）は、削井からの前記ビットの引き抜きにおいて、岩石を破砕するためのリトラック歯を形成しており、
   少なくとも１つの流体流路（７）は、前記ヘッド部を通り伸張して、そこに洗浄流媒体を導入するために前記前面（８）に連絡することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のドリルビット。
5. 前記ヘッド部（３）は、外側部を具備しており、前記外側部は、多数の円周方向に間隔が開けられた鋼製凸部（１２）を具備しており、各前記凸部（１２）は、最大の２つの周辺ボタン（６）を具備することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のドリルビット。
6. 各凸部（１２）は、少なくとも１つの周辺ボタン（６）を支持しており、
   前記案内部（１９，２０）の延長線は、周辺ボタン（６）と交差することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のドリルビット。
7. 前記凸部（１２）は、前記前面（８）の半径方向の通路（１４）により間隔が開けられて、それらの間の洗浄流媒体の流れが妨げられないことを可能にすることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のドリルビット。
8. 前記前面（８）は、前記ビット本体の周辺溝（１０）において終了することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のドリルビット。
9. 別の前部溝が、各周辺溝（１０）と前記前面（８）との間に形成されており、前記前部溝は、外側で後方に実質的に傾斜することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のドリルビット。

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